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Report (Bericht) zugänglich unter
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Rahmenbedingungen für DSR-Messungen an Bitumen : Optimierung der versuchstechnischen Rahmenbedingungen für die Durchführung und Auswertung performanceorientierter Bitumenuntersuchungen mittels Dynamischem Scher-Rheometer

Basic conditions for DSR-measurements on bitumen

Hase, Manfred ; Oelkers, Carsten

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Alterung (mater) , Bindemittel , Bitumen , Deutschland , Forschungsbericht , Frequenz , Kriechen , Polymer , Rheologie , Rheometer , Scheren , Schubmodul , Schwingung , Spannung (mater) , Temperatur , Varianzanalyse , Verformung , Versuch
Freie Schlagwörter (Englisch): Ageing , Binder , Bitumen , Creep (mater) , Deformation , Frequency , Germany , Instruments for measuring fluid properties or phenomena , Polymer , Research report , Rheological properties , Rheology , Rheometer , Shear , Stress (in material) , Temperature , Test , Variance analysis , Vibration
Collection: BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 31 Bituminöse Baustoffe
Institut: Sonstige
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften
Sonstige beteiligte Institution: Nordlabor GmbH <Pinneberg>
Dokumentart: Report (Bericht)
Schriftenreihe: Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe S: Straßenbau
Bandnummer: 47
ISBN: 978-3-86509-581-7
Sprache: Deutsch
Erstellungsjahr: 2006
Publikationsdatum: 04.10.2011
Bemerkung: Die Kostenpflichtige Verlagsversion des Berichtes liegt nur in digitaler Form (CD-ROM) vor.
Kurzfassung auf Deutsch: Ziel des hier vorliegenden Forschungsvorhabens war es, die Prüfbedingungen für die Versuche im Dynamischen Scherrheometer so zu optimieren, dass die häufig in Deutschland verwendeten polymermodifizierten Bindemittel differenziert und plausibel auf ihre Gebrauchseigenschaften angesprochen werden und die rheologischen Kenngrößen der Bindemittel bestimmt werden können. Daher sollten die Prüfbedingungen im DSR-Versuch möglichst vereinheitlich und diese in einer Arbeitsanleitung dokumentiert werden. Anhand des Literaturstudiums wurden die bisher gewonnenen Kenntnisse und Erfahrungen mit dem DSR-Verfahren gesammelt und beurteilt. Des weiteren wurden an acht unterschiedlichen Bitumenarten / -sorten DSR-Versuche sowohl im Original- als auch im gealterten Zustand (RTFOT-Verfahren) durchgeführt. Über Vorversuche wurden die grundsätzlichen Rahmenbedingungen für den DSR-Versuch festgelegt und die Probenvorbereitung optimiert. In den Oszillationsversuchen wurden die Deformation in drei Stufen, die Frequenz f in drei Stufen und die Temperatur T in vier Stufen systematisch variiert. Somit ergaben sich bei acht unterschiedlichen Bindemittelsorten im Original- und im gealterten Zustand insgesamt 576 verschiedene Varianten von Oszillationsversuchen. Wegen der Wiederholungsprüfungen (n = 3) verdreifachte sich die Versuchsanzahl auf insgesamt 1728 Oszillationsversuche. Die Durchführung der Kriechversuche wurde auch an den acht Original- und nach dem RTFOT-Verfahren gealterten Bindemittelsorten vorgenommen, wobei die Prüftemperatur T in drei Stufen und die Schubspannung t in drei Stufen systematisch variiert wurden. Aufgrund der Wiederholungsprüfungen (n = 3) ergab sich somit eine Gesamtanzahl von 432 Kriechversuchen (144 Kriechversuchsvarianten). Das bei den experimentellen Untersuchungen gewonnene Datenmaterial wurde unter Anwendung mathematisch-statistischer Methoden ausgewertet. Anhand von multiplen Varianzanalysen konnten die Stärken der einzelnen Einflussgrößen qualitativ ermittelt werden, wobei die Dominanz der systematischen gegenüber den zufälligen Einflüssen als sehr hoch ermittelt worden ist. Zur Quantifizierung des Einflusses einzelner Prüfbedingungen sowie der Ermittlung etwaiger Korrelationen zwischen der im DSR-Versuch ermittelten Kennwerten und konventionellen Bindemittelkenndaten wurden multiple Regressionsanalysen gerechnet. Aus den gewonnenen Ergebnissen konnten die Rahmenbedingungen für die Durchführung und Auswertung von Oszillations- und Kriechversuchen abgeleitet werden. Demnach sollten Oszillationsversuche bei einer Prüftemperatur von T = 50 °C, einer Frequenz von f = 1,59 Hz und einer Deformation von d = 6 % durchgeführt werden. Für die Kriechversuche ergaben sich die optimalsten Versuchsbedingungen bei einer Temperaturstufe von T = 50 °C und einer Schubspannungsstufe von t = 500 Pa. Unter Berücksichtigung der vorgeschlagenen Versuchsbedingungen konnte durch Darstellung der rheologischen Kenngrößen Phasenverschiebungswinkel d und komplexer Schubmodul G* in einem Black- Diagramm nachgewiesen werden, dass die untersuchten acht Original- und gealterten Bindemittelsorten sich in ihrem rheologischen Verhalten recht gut voneinander trennen lassen und somit eine objektivere Beurteilung des rheologischen Verhaltens der untersuchten polymermodifizierten Bindemittel möglich ist. Für die aus Kriechversuchen ermittelten Kenngrößen konnte kein eindeutiges Kriterium zur Unterscheidung des rheologischen Verhaltens der untersuchten Bindemittelsorten herausgearbeitet werden.
Kurzfassung auf Englisch: The aim of this research work was to optimize the testing conditions of the Dynamic Shear Rheometer so that the range of unmodified road bitumen and polymer modified bitumen produced for the german market can be tested on their rheological properties and evaluated differentiated and plausible on their performance. For this purpose the testing conditions of the DSR were to standardize and document in a working procedure. The current state of knowledge and experience was investigated and evaluated by a literature study. The oscillation tests were carried through at eight different binders in original and RTFOT short-time aged state. In a first phase the general conditions of testing were layed down and the preparation of test specimen was optimized. Testing conditions were systematically varied in the parameters deformation (three-fold), frequency (threefold) and temperature (fourfold), so that with eight different binders in original and aged state 576 different variations were oscillatory tested. Due to repetitions (n = 3) there was a data base of 1728 tests. Creep tests were carried through at the same eight different binders in original and RTFOT aged state at three temperatures and three shear stresses. With repetitions (n = 3) this summed up to 432 creep tests (144 variations of creep tests). The data determined in the experimental investigations was analyzed with help of mathematical-statistical methods. By multiple variance analysis the influences of the testing parameters could be determined qualitatively and the dominance of the systematic versus the random influences could be prooved as very high. For the quantification of the influence of the respective testing conditions and in search for correlations between the characteristics determined in the DSR and conventionally won binder data multiple regression analysis was carried through. From the results the testing conditions for the measurement and interpretation of oscillation and creep tests could be derived. Accordingly oscillation tests should be carried through at a testing temperature T = 50 °C, a frequency f = 1,59 Hz and a deformation d = 6 %. For creep tests the optimal testing conditions were found at a temperature T = 50 °C and a shear stress t = 500 Pa. The rheological characteristics phase angle d and complex shear modulus G* that were determined at the recommended testing conditions were represented in a BLACK-diagram. This diagram showed that the eight original and RTFOT-aged binders can be differentiated well in their rheological behaviour and that a more objective evaluation of the rheological behaviour of the tested polymer modified bitumen is possible. For the characteristics determined in creep tests there could be found no definite criterium for the differentiation of the rheological behaviour of the tested binders.